CN110480611B - 一种六自由度咀嚼机器人及其通信控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及咀嚼仿生领域，具体是一种六自由度咀嚼机器人及其通信控制系统，根据实际的人体口腔运动特性，针对颞下颌关节的多自由度运动特性，设计实现了六自由度仿生咀嚼机器人结构，采用不同于传统并联结构的串并联混合结构实现了牙齿的咬合和咀嚼功能，支链数目大大减少，机构耦合度降低，降低了控制难度，对于运动的控制也更为简单可靠。

Description

一种六自由度咀嚼机器人及其通信控制系统

技术领域

本发明涉及咀嚼仿生领域，具体是指一种六自由度咀嚼机器人及其通信控制系统。

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，而随着社会经济的发展，人们对于个体人文关怀以及对于口腔健康的关注日益提高，人们迫切需要一种能够真实模拟人体口腔环境，并且针对不同人群进行特殊化参数设计，最终应用于食品质地特性和义齿材料性能的仿生咀嚼机器人。

已有的仿生咀嚼机器人机构多采用常见的并联机构如Stewart平台以及变体，整体机械结构复杂，结构所需安装空间较大，且由于并联机器人本身特点，不便于控制；而另外一些设计的结构仅为单自由度或双自由度，只能进行垂直或者平面咬合运动，无法真实模拟人类实际口腔咀嚼运动轨迹。

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。该机构具有较真实的仿生结构和较好的仿生咀嚼运动性能，但应用于实际的食品检测评估中可靠性较低，且其基于6-PUS并联结构设计，各分支连杆结构耦合度太高，实际运动学以及动力学控制困难，实用效果较差。

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。

CN201610408044.7公开了一种用于义齿及食品检测仿生咀嚼机器人，该机构采用上下颌分离式结构进行仿生机构设计，上下颌平台合成模拟口腔四自由度咀嚼运动，但采用并联结构设计导致整体框架不符合人体比例，且合成的咀嚼运动无法真实模拟口腔咀嚼运动。

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，而CN201610408044.7存在无法完全真实模拟人体口腔六自由度咀嚼运动的缺陷。

发明内容

基于以上问题，本发明提供了一种六自由度咀嚼机器人及其通信控制系统。为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种六自由度咀嚼机器人，包括下颚机构，下颚机构包括第一动作机构、第二动作机构、第三动作机构、下颌执行机构及下颚平台；

第一动作机构包括两个运动方向互相垂直的第一直线运动机构及第二直线运动机构，第一直线运动机构的移动部上安装有拉动座，固定部安装在第二直线运动机构的移动部上；

第二动作机构包括两个运动方向互相平行的推动直线运动机构；

第三动作机构包括两个运动方向互相平行的升降直线运动机构；

两个推动直线运动机构的固定部分别安装在两个升降直线运动机构的移动部上，推动直线运动机构、升降直线运动机构组成的运动平面与第一直线运动机构、第二直线运动机构组成的运动平面互相交叉；

下颚平台包括仿生性的下颌模型，下颌模型两侧后端的下颚支上可转动的安装有下颌连接块；

下颌执行机构包括分别与两个推动直线运动机构的移动部连接的两个移动座，移动座上安装有滑杆，滑杆轴线与第二直线运动机构运动方向平行，滑杆上安装有滑动件，滑动件上安装有虎克铰链，虎克铰链的一个铰链座固定安装在滑动件上，该铰链座与鱼眼关节连接杆固定连接，虎克铰链的另外一个铰链座与下颌连接块固定连接，两个移动座对应的鱼眼关节连接杆共同与联动杆连接，鱼眼关节连接杆与联动杆连接处设有鱼眼关节轴承，下颌执行机构还包括拉动杆，拉动杆一端与联动杆中部连接，连接处设有鱼眼关节轴承，拉动杆另外一端与第一直线运动机构的拉动座铰接。

作为一种优选的方式，升降直线运动机构包括上下布置的两层升降安装板，两层升降安装板间安装有互相平行的两组升降螺杆，升降螺杆上端安装有带轮，升降安装板上还安装有升降电机，升降电机输出轴上安装有带轮，升降电机安装的带轮与升降螺杆安装的带轮通过皮带传动。

作为一种优选的方式，推动直线运动机构包括推动导向件，推动导向件一侧设有升降螺套，升降螺套与升降螺杆配合，推动导向件另外一侧安装有推动螺杆及导向槽，推动螺杆与推动电机输出轴连接，推动导向件上安装可沿导向槽移动的滑动座，滑动座与推动螺杆螺纹配合，滑动座与移动座固定连接。

作为一种优选的方式，第一直线运动机构包括X轴滑动基座，X轴滑动基座上安装有X轴螺杆，X轴螺杆与X轴驱动电机连接，第二直线运动机构包括安装在X轴螺杆上可沿X轴滑动基座滑动的Y轴滑动基座，Y轴滑动基座底部与X轴螺杆螺纹配合，Y轴滑动基座上安装有Y轴螺杆，Y轴螺杆与Y轴驱动电机连接，拉动座底部设置有滑动槽及螺纹孔，拉动座通过滑动槽与Y轴滑动基座配合，螺纹孔与Y轴螺杆配合，拉动座顶部设置有铰接支耳，拉动杆与拉动座通过铰接支耳连接。

作为一种优选的方式，下颚机构安装在机架上，机架包括底板及顶板，底板与顶板间安装有多根支撑丝杆，多根支撑丝杠上的螺纹配合有中间调节板。

一种六自由度咀嚼机器人监控系统，包括传感模块、控制模块、显示模块、伺服控制模块、移动通讯模块、云服务器及移动通信设备；

传感模块包括安装在下颌模型上的六轴加速度传感器及压力传感器，压力传感器设置在下颌模型的下牙齿切牙、下牙齿尖牙、下牙齿前磨牙和下牙齿磨牙处；

伺服控制模块包括与第一直线运动机构、第二直线运动机构、推动直线运动机构、升降直线运动机构相连的伺服控制器；

控制模块与传感模块、伺服控制模块、显示模块、移动通讯模块通讯连接，移动通讯模块与云服务器及移动通信设备通讯连接。

作为一种优选的方式，控制模块通过ADC采样通道对于压力传感器、六轴加速度传感器数据进行采集。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明根据实际的人体口腔运动特性，针对颞下颌关节的多自由度运动特性，设计实现了六自由度仿生咀嚼机器人结构，采用不同于传统并联结构的串并联混合结构实现了牙齿的咬合和咀嚼功能，支链数目大大减少，机构耦合度降低，降低了控制难度，对于运动的控制也更为简单可靠；

(2)本发明针对人类颞下颌关节的运动幅度设计机构框架，既考虑到真实下颌以及头部骨骼的尺寸进行设计，大大减少了所占空间，又合理设计驱动链尺寸确保机构能真实仿真所有口腔咀嚼运动特性；

(3)本发明GUI监控界面可动态实时显示多点的压力曲线以及综合的整体咬合力曲线，同时还可以对于下颌平台的空间位置和姿态角进行实时显示。所设计的手机APP程序基于机智云平台开发，可通过WIFI组网，利用手机远程设置运动参数进行机器人咀嚼运动控制，并实时在手机上显示下颌咬合力和空间姿态数据。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的结构示意图。

图2为机架具体实施方式的结构示意图。

图3为下颚机构具体实施方式的结构示意图。

图4为第一动作机构具体实施方式的结构示意图。

图5为拉动座具体实施方式的结构示意图。

图6为第二动作机构及第三动作机构具体实施方式的布置示意图。

图7为第二动作机构具体实施方式的结构示意图。

图8为推动导向件具体实施方式的结构示意图。

图9为第三动作机构具体实施方式的结构示意图。

图10为下颌执行机构具体实施方式的正向轴测图。

图11为下颌执行机构具体实施方式的背向轴测图。

图12为下颚平台具体实施方式的结构示意图。

图13是本发明的远程控制方案示意图。

图14是本发明的整体控制系统示意图。

图15是本发明的电机驱动控制方案示意图。

其中，1机架，11底板，12中间调节板，13顶板，14支撑丝杆，

2触摸屏，3下颚机构，

31第一动作机构，311安装基板，312X轴驱动电机，313X轴滑动基座，314X轴螺杆，315Y轴驱动电机，316Y轴滑动基座，317拉动座，3171滑槽，3172螺纹孔，3173铰接支耳，318Y轴螺杆，

32第二动作机构，321推动电机，322推动螺杆，323推动导向件，3231升降螺套，3232导向槽，3233轴孔，324滑动座，

33第三动作机构，331升降安装板，332升降螺杆，333带轮，334皮带，335升降电机，

34下颌执行机构，341移动座，342滑杆，343滑动件，344虎克铰链，345鱼眼关节连接杆，346联动杆，347拉动杆，

35下颚平台，351下颌连接块，352下颌模型，353压力传感器，354六轴加速度传感器。

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，且本发明具体实施方式所述的“直线运动机构”是指本领域技术人员熟知的滚珠丝杠、螺杆螺母、液压伸缩杆、气压伸缩杆、齿轮齿条等常见的直线运动机构，“直线运动机构”的“移动部”是指直线运动机构的移动件，如滚珠丝杠直线运动机构的丝杠母，螺杆螺母直线运动机构的螺母，液压伸缩杆、气压伸缩杆直线运动机构的伸缩杆，齿轮齿条直线运动机构的齿条，“直线运动机构”的“固定部”是指直线运动机构的固定件，如滚珠丝杠直线运动机构的丝杠固定座，液压伸缩杆、气压伸缩杆直线运动机构的液压缸体、气压缸体、齿轮齿条直线运动机构的齿条引导固定件。

实施例1：

参见图1及图3，一种六自由度咀嚼机器人，包括下颚机构3，下颚机构3包括第一动作机构31、第二动作机构32、第三动作机构33、下颌执行机构34及下颚平台35。第一动作机构31、第二动作机构32、第三动作机构33各自为下颚平台35提供两个自由度的驱动动作，下颌执行机构34作为第一动作机构31、第二动作机构32、第三动作机构33与下颚平台35的中间连接件，通过虎克铰链344、鱼眼关节轴承实现下颚平台35六个自由度的动作。

其中，第一动作机构31包括两个运动方向互相垂直的第一直线运动机构及第二直线运动机构，第一直线运动机构的移动部上安装有拉动座317，固定部安装在第二直线运动机构的移动部上。第一直线运动机构及第二直线运动机构可以采用本领域技术人员熟知的滚珠丝杠、螺杆螺母、液压伸缩杆、气压伸缩杆、齿轮齿条等常见的直线运动机构，参见图4，为了实现较高的移动精度控制，本实施例第一直线运动机构及第二直线运动机构采用螺杆螺母式的直线运动机构。

具体的，第一直线运动机构包括X轴滑动基座313，X轴滑动基座313可以布置在安装基板311上以保证较好的安装基准，X轴滑动基座313上安装有X轴螺杆314，X轴螺杆314与X轴驱动电机312连接，第二直线运动机构包括安装在X轴螺杆314上可沿X轴滑动基座313滑动的Y轴滑动基座316，Y轴滑动基座316底部与X轴螺杆314螺纹配合，Y轴滑动基座316上安装有Y轴螺杆318，Y轴螺杆318与Y轴驱动电机315连接，拉动座317结构如图5所示，拉动座317底部设置有滑动槽及螺纹孔3172，拉动座317通过滑动槽与Y轴滑动基座316配合，螺纹孔3172与Y轴螺杆318配合，拉动座317顶部设置有铰接支耳3173，拉动杆347与拉动座317通过铰接支耳3173连接。具体工作时，X轴驱动电机312带动X轴螺杆314转动，与X轴螺杆314螺纹配合的Y轴滑动基座316沿X轴滑动基座313滑动，实现X轴向移动；Y轴驱动电机315带动Y轴螺杆318转动，与Y轴螺杆318螺纹配合的拉动座317沿Y轴滑动基座316滑动，实现Y轴向移动。

第二动作机构32及第三动作机构33连接如图6所示，第二动作机构32包括两个运动方向互相平行的推动直线运动机构，第三动作机构33包括两个运动方向互相平行的升降直线运动机构，两个推动直线运动机构的固定部分别安装在两个升降直线运动机构的移动部上，推动直线运动机构、升降直线运动机构组成的运动平面与第一直线运动机构、第二直线运动机构组成的运动平面互相交叉，一般的，为了方便数学建模，第一直线运动机构、第二直线运动机构、推动直线运动机构、升降直线运动机构均为三维空间的X轴向、Y轴向、Z轴向布置，具体的是将第一直线运动机构、第二直线运动机构运动组成的平面呈水平布置，第一直线运动机构、第二直线运动机构分别对应Y轴及X轴，将推动直线运动机构、升降直线运动机构组成的运动平面呈垂直布置，升降直线运动机构对应Z轴，推动直线运动机构沿Y轴方向，推动直线运动机构与第二直线运动机构运动方向不共线。

推动直线运动机构可以采用本领域技术人员熟知的滚珠丝杠、螺杆螺母、液压伸缩杆、气压伸缩杆、齿轮齿条等常见的直线运动机构。参见图7，为了实现较高的移动精度控制，本实施例推动直线运动机构采用螺杆螺母式的直线运动机构。具体的，推动直线运动机构包括推动导向件323，推动导向件323具体结构参见图8，推动导向件323一侧设有升降螺套3231，升降螺套3231与升降螺杆332配合，推动导向件323另外一侧安装有推动螺杆322及导向槽3232，推动螺杆322与推动电机321输出轴连接，推动导向件323上安装可沿导向槽3232移动的滑动座324，滑动座324与推动螺杆322螺纹配合，滑动座324与移动座341固定连接。推动直线运动机构工作时，推动电机321带动推动螺杆322转动，通过推动螺杆322转动使滑动座324在推动导向件323的导向槽3232上滑动。

升降直线运动机构可以采用本领域技术人员熟知的滚珠丝杠、螺杆螺母、液压伸缩杆、气压伸缩杆、齿轮齿条等常见的直线运动机构，参见图9，升降直线运动机构上下布置的两层升降安装板331，两层升降安装板331间安装有互相平行的两组升降螺杆332，升降螺杆332上端安装有带轮333，升降安装板331上还安装有升降电机335，升降电机335输出轴上安装有带轮333，升降电机335安装的带轮333与升降螺杆332安装的带轮333通过皮带334传动。升降直线运动机构工作时，升降电机335带动升降螺杆332转动，通过升降螺杆332转动使推动导向件323的升降螺套3231在升降螺杆332上移动。

下颌执行机构34参见图10及11，其中下颌执行机构34包括分别与两个推动直线运动机构的移动部连接的两个移动座341，移动座341上安装有滑杆342，滑杆342轴线与第二直线运动机构运动方向平行，滑杆342上安装有滑动件343，滑动件343上安装有虎克铰链344，虎克铰链344的一个铰链座固定安装在滑动件343上，该铰链座与鱼眼关节连接杆345固定连接，虎克铰链344的另外一个铰链座与下颌连接块351固定连接，两个移动座341对应的鱼眼关节连接杆345共同与联动杆346连接，鱼眼关节连接杆345与联动杆346连接处设有鱼眼关节轴承，下颌执行机构34还包括拉动杆347，拉动杆347一端与联动杆346中部连接，连接处设有鱼眼关节轴承，拉动杆347另外一端与第一直线运动机构的拉动座317铰接。

下颚平台35包括仿生性的下颌模型352，下颌模型352两侧后端的下颚支上可转动的安装有下颌连接块351，下颚模型上可以设置仿生性的牙齿模型，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。

进一步的，为了便于下颚机构3的安装固定，本实施可以将下颚机构3安装在对应的机架1上，如图2所示，本实施例机架1包括底板11及顶板13，底板11与顶板13间安装有多根支撑丝杆14，多根支撑丝杠上的螺纹配合有中间调节板12。通过支撑丝杆14动态旋转调整中间调节板12高度，中间调节板12上可以通过预留的孔槽加装直流电机，直流电机通过绳索连接下颌运动平台可实现对于下颌平台的冗余并联控制。此外，为了方便信息现实，可以在顶板13上加装显示屏，显示屏可通过螺钉固定于上顶总板的孔槽中，可通过主控芯片采集传感器信息并实时通信显示屏，通过显示屏进行速度和咬合力曲线动态显示。

工作时：

(1)第一动作机构31使下颚模型产生二自由度运动的工作过程：第一动作机构31的拉动座317在XY水平面上移动，由于滑杆342轴线与第二直线运动机构运动方向平行，因此第二直线运动机构通过拉动杆347、联动杆346使滑动件343及其连接的下颌模型352沿X轴方向移动；又由于下颌模型352两侧后端与下颌连接块351为可转动连接，因此第一直线运动机构运动时，通过拉动杆347、联动杆346使下颌模型352绕X轴旋转，最终实现了第一动作机构31使颚模型进行二自由度动作的过程。

(2)第二动作机构32使下颚模型产生二自由度运动的工作过程：由于第二动作机构32由两个Y轴方向的推动直线运动机构组成，因此两个Y轴方向的推动直线运动机构同步工作时，通过移动座341使下颚模型沿Y轴方向移动；又由于虎克铰链344的存在，当两个Y轴方向的推动直线运动机构分别呈前后异步工作时，两个移动座341分别呈水平前后布置，下颚模型通过虎克铰链344实现绕Z轴的旋转，最终实现了第二动作机构32使颚模型进行二自由度动作的过程。

(3)第三动作机构33使下颚模型产生二自由度运动的工作过程：由于第三动作机构33由两个X轴方向的升降直线运动机构组成，因此两个Z轴方向的升降直线运动机构同步工作时，通过移动座341使下颚模型沿Z轴方向移动；又由于虎克铰链344的存在，当两个Z轴方向的升降直线运动机构分别呈上下异步工作时，两个移动座341分别呈垂直面上下布置，下颚模型通过虎克铰链344实现绕Y轴的旋转，最终实现了第三动作机构33使颚模型进行二自由度动作的过程。

值得注意的是，上述分别阐述的第一动作机构31、第二动作机构32、第三动作机构33工作过程是指其他机构固定，仅单个动作机构动作情况下的工作过程。当第一动作机构31、第二动作机构32、第三动作机构33均工作时，拉动杆347、联动杆346上的鱼眼关节轴承、移动件上的虎克铰链344、下颌模型352连接的下颌连接块351保证各个机构动作不会存在耦合的情况。

实施例2：

本实施例为实施例1对应的控制系统。

一种六自由度咀嚼机器人监控系统，包括传感模块、控制模块、显示模块、伺服控制模块、移动通讯模块、云服务器及移动通信设备。控制模块与传感模块、伺服控制模块、显示模块、移动通讯模块通讯连接，移动通讯模块与云服务器及移动通信设备通讯连接，远程控制方案及整体控制方案如图13、图14所示。

其中控制模块是指型号为STM32F407的主控芯片；移动通讯模块是指型号为ESP8266无线通信模块；传感模块是指安装在下颌模型上的六轴加速度传感器及压力传感器，压力传感器设置在下颌模型的下牙齿切牙、下牙齿尖牙、下牙齿前磨牙和下牙齿磨牙处；伺服控制模块是指与第一直线运动机构、第二直线运动机构、推动直线运动机构、升降直线运动机构相连的伺服控制器，伺服控制器与第一直线运动机构、第二直线运动机构、推动直线运动机构、升降直线运动机构对应的伺服电机连接；显示模块是指安装在机架上的显示屏；移动通信设备是指手机、平板电脑、笔记本电脑等移动通讯设备。

咀嚼仿生监视过程：压力传感器和六轴加速度传感器实时将压力数据和位姿数据经过ADC采样传输给主控芯片STM32F407，主控芯片STM32F407对采样数据滤波平滑、曲线插补以及放大转化后传输给显示模块显示，或者通过移动通讯模块传输给云端服务器及移动通讯设备进行显示。

咀嚼仿生控制过程：参见图15，主控芯片驱动电机的控制方案，采用位置转速转矩三环PID控制器，使得主控芯片能够同时控制电机转矩和位置，其中θ*为期望位置，θ_m为编码器检测到的实时位置，i_sq和i_sd为解耦的转矩电流和转速电流，光电编码器实时监测永磁直流电机的位置信息并传输到主控芯片，主控芯片根据期望位置和当前位置，通过控制器调节转速，同理通过转矩环可以根据期望转矩和当前转矩调节电机转矩，以模拟真实口腔咬合力状态。

实施例3：

本实施例为用于实施例2移动通讯设备中的控制程序

一种咀嚼机器人手机APP控制程序，基于成熟的物联网IoT开发平台机智云进行设计，通过ESP8266无线通信模块，借助机智云服务器进行组网，将主控芯片的数据实时传输到手机上，同时也可利用机智云服务器通过手机APP对于主控芯片实时通信传输数据。通过机智云平台生成的APP，可以对关键运动参数进行设置并远程控制咀嚼机器人运动，还可对于不同部位的压力应变曲线进行实时显示，以及实时展现下颌平台的空间位移和姿态角变化。

基于机智云的手机APP控制方案开发流程主要包括：1.ESP8266模块，机智云的官方固件；2.将ESP8266模块连接到STM32主控芯片；3.在机智云上创建新产品，选择WIFI/移动解决方案和WIFI通信模式；4.创建运动参数和传感器数据的数据点，机智云自动生成数据点和设备接入代码，移植添加到具体工程当中；5将修改后的工程编译下载到开发板上；6.手机安装生成的远程控制APP，就可以通过手机远程控制咀嚼机器人运动并查看数据。

如上即为本发明的实施例。上述实施例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)

1.一种六自由度咀嚼机器人，其特征在于：包括下颚机构(3)，所述下颚机构(3)包括第一动作机构(31)、第二动作机构(32)、第三动作机构(33)、下颌执行机构(34)及下颚平台(35)；

所述第一动作机构(31)包括两个运动方向互相垂直的第一直线运动机构及第二直线运动机构，所述第一直线运动机构的移动部上安装有拉动座(317)，固定部安装在第二直线运动机构的移动部上；

所述第二动作机构(32)包括两个运动方向互相平行的推动直线运动机构；

所述第三动作机构(33)包括两个运动方向互相平行的升降直线运动机构；

两个所述推动直线运动机构的固定部分别安装在两个升降直线运动机构的移动部上，所述推动直线运动机构、升降直线运动机构组成的运动平面与第一直线运动机构、第二直线运动机构组成的运动平面互相交叉；

所述下颚平台(35)包括仿生性的下颌模型(352)，所述下颌模型(352)两侧后端的下颚支上可转动的安装有下颌连接块(351)；

所述下颌执行机构(34)包括分别与两个所述推动直线运动机构的移动部连接的两个移动座(341)，所述移动座(341)上安装有滑杆(342)，所述滑杆(342)轴线与第二直线运动机构运动方向平行，所述滑杆(342)上安装有滑动件(343)，所述滑动件(343)上安装有虎克铰链(344)，所述虎克铰链(344)的一个铰链座固定安装在滑动件(343)上，该铰链座与鱼眼关节连接杆(345)固定连接，所述虎克铰链(344)的另外一个铰链座与下颌连接块(351)固定连接，两个移动座(341)对应的所述鱼眼关节连接杆(345)共同与联动杆(346)连接，所述鱼眼关节连接杆(345)与联动杆(346)连接处设有鱼眼关节轴承，所述下颌执行机构(34)还包括拉动杆(347)，所述拉动杆(347)一端与联动杆(346)中部连接，连接处设有鱼眼关节轴承，所述拉动杆(347)另外一端与第一直线运动机构的拉动座(317)铰接。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度咀嚼机器人，其特征在于：所述升降直线运动机构包括上下布置的两层升降安装板(331)，两层所述升降安装板(331)间安装有互相平行的两组升降螺杆(332)，所述升降螺杆(332)上端安装有带轮(333)，所述升降安装板(331)上还安装有升降电机(335)，所述升降电机(335)输出轴上安装有带轮(333)，所述升降电机(335)安装的带轮(333)与升降螺杆(332)安装的带轮(333)通过皮带(334)传动。

3.根据权利要求2所述的一种六自由度咀嚼机器人，其特征在于：所述推动直线运动机构包括推动导向件(323)，所述推动导向件(323)一侧设有升降螺套(3231)，所述升降螺套(3231)与升降螺杆(332)配合，所述推动导向件(323)另外一侧安装有推动螺杆(322)及导向槽(3232)，所述推动螺杆(322)与推动电机(321)输出轴连接，所述推动导向件(323)上安装可沿导向槽(3232)移动的滑动座(324)，所述滑动座(324)与推动螺杆(322)螺纹配合，所述滑动座(324)与移动座(341)固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种六自由度咀嚼机器人，其特征在于：所述第一直线运动机构包括X轴滑动基座(313)，所述X轴滑动基座(313)上安装有X轴螺杆(314)，所述X轴螺杆(314)与X轴驱动电机(312)连接，所述第二直线运动机构包括安装在X轴螺杆(314)上可沿X轴滑动基座(313)滑动的Y轴滑动基座(316)，所述Y轴滑动基座(316)底部与X轴螺杆(314)螺纹配合，所述Y轴滑动基座(316)上安装有Y轴螺杆(318)，所述Y轴螺杆(318)与Y轴驱动电机(315)连接，所述拉动座(317)底部设置有滑动槽及螺纹孔(3172)，所述拉动座(317)通过滑动槽与Y轴滑动基座(316)配合，所述螺纹孔(3172)与Y轴螺杆(318)配合，所述拉动座(317)顶部设置有铰接支耳(3173)，所述拉动杆(347)与拉动座(317)通过铰接支耳(3173)连接。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种六自由度咀嚼机器人，其特征在于：所述下颚机构(3)安装在机架(1)上，所述机架(1)包括底板(11)及顶板(13)，所述底板(11)与顶板(13)间安装有多根支撑丝杆(14)，多根所述支撑丝杠(14)上的螺纹配合有中间调节板(12)。

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