CN110883766B - 一种咀嚼肌群和颞下颌关节双仿生的咀嚼机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种咀嚼肌群和颞下颌关节双仿生的咀嚼机器人，属于仿生机器人技术领域。包括由主体支架、上颌结构、下颌结构、六条左右对称并联分布的驱动支链和气动控制系统组成。主体支架作为驱动支链和上颌结构的基础支撑。上颌结构和下颌结构两者之间存在两种连接关系，包括弹性颞下颌关节的滑道‑球体接触以及驱动支链的绳索连接。驱动支链为串联的气动肌肉与绳索组成。本发明能够还原咀嚼肌肉弹性、伸缩运动模式、上下附着点位置以及颞下颌关节的弹性接触与冗余驱动特性。新型的驱动方式使得仿生咀嚼机器人具备了人体口颌系统驱动的生物学优势，更有利于咀嚼机器人形成准确的咀嚼轨迹和咬合力。

Description

一种咀嚼肌群和颞下颌关节双仿生的咀嚼机器人

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，涉及一种咀嚼肌群和颞下颌关节双仿生的咀嚼机器人。

背景技术

咀嚼机器人是一种用于模仿人类咀嚼行为的专用机器人，能够再现人类真实咀嚼轨迹和咬合力，可应用于义齿材料测试、食品物性测试以及下颌运动障碍康复等领域。咀嚼机器人的轨迹和受力表现仿生性愈强，则材料测试结果的可靠性、运动障碍康复的成功率等都将愈高。目前，参照人体口颌系统生物学特征而设计的仿生型式咀嚼机器人因具备更加优越的仿生学表现而成为该类机器人设计和优化的方向。口腔生物力学文献显示：咀嚼肌群具备柔顺性高、能量利用率高、结构紧凑等一系列生物学优势，原因在于其弹性驱动、并联分布、肌肉上下颌附着点、伸缩运动模式等解剖学特点；另一方面，颞下颌关节具备缓冲吸振、能量调制的优势，且能够将下颌运动的六自由度缩减为“近似四自由度”，原因分别在于粘弹性的关节盘和颞骨关节窝-髁突之间的几何约束。如何进一步仿照这两处解剖结构使咀嚼机器人驱动机构同样具备上述的生物学优势成为研究热点。

传统的咀嚼机器人常使用多组并联的由伺服电机与刚性杆系构造的驱动支链来模拟咀嚼肌肉的并联分布特征(如SPS支链，RSS支链和PUS支链等，其中，P代表移动副，S代表球副，U万向节副，R旋转副)。发明专利《一种具有仿生颞下颌关节的冗余驱动咀嚼机器人》 (申请号201310602874)采用伺服电机作为动力源，连接六条并联的PUS支链(P为由滚珠丝杠加导轨滑块机构所构成的移动副，U为万向节副，S为杆端轴承代表的球副)作为咀嚼肌肉的模拟。该驱动装置考虑了咀嚼肌群的并联分布形式以及下颌附着点位置，但是驱动链缺乏弹性、未考虑上颌附着点、不具备伸缩运动模式。

现有公开文献尝试利用绳索或气动肌肉来进一步解决上述并联刚性链所存在的问题。发明专利《一种基于气动肌肉的下颌咀嚼机器人》(申请号201610737514.4)使用由橡胶管和金属格栅网构成气动肌肉直接模拟肌肉，两端直接与上下颌结构连接。橡胶管很好地模拟了真实肌肉的弹性和伸缩运动模式。但是碍于气动肌肉产品的最短长度远大于真实咀嚼肌肉长度 (例如人体翼外肌长度约为32mm)，使得尽管下颌结构连接点与真实下颌附着点位置保持一致，但是上颌结构连接点与真实上颌附着点位置则偏差较大。发明专利《一种柔索驱动的冗余并联咀嚼机器人》(申请号201010115381.X)使用伺服电机驱动索轮，旋转的索轮收放绳索一端，绳索另一端带动下颌。绳索的收放运动模拟了人体咀嚼肌肉的伸缩运动模式，且绳索与下颌结构连接点同样与真实下颌附着点类似。但是碍于电机的尺寸限制，将索轮统一安装于远离上下颌结构的上部，亦无法还原真实上颌附着点位置。

对于带有并联刚性支链的咀嚼机器人而言，目前已考虑颞下颌关节的刚性运动约束。仿生的颞下颌关节结构主要有双面刚性约束与单面刚性约束两种方式。双面刚性约束是将髁突简化为球体，将颞骨关节面简化为贯通式滑道。此时滑道上曲面或下曲面为对运动不起独立限制作用的虚约束。尽管虚约束能在不影响机构运动的前提下增加机构的刚性，改善其受力状况，但是由于虚约束对机构的几何条件要求较高，对机构的加工和装配精度提出了较高的要求。单面刚性约束导致髁突易于脱离颞骨关节面。以上均造成关节受力以及整机功率的非规律性波动。对带有弹性驱动链的咀嚼机器人而言，有使用弹簧模拟颞下颌关节中关节盘的公开报道，但并未能同时实现冗余驱动特性的仿生。

综上所述，现有的仿生咀嚼机器人所涉及的刚性驱动链、单一气动肌肉、电机搭配绳索等驱动方案存在以下技术不足：驱动缺乏弹性、偏差较大的上颌结构附着点、非伸缩运动模式、颞下颌关节结构接触不佳，具体表现出柔顺性差、占用空间较大、受力与功率波动等性能问题。因此，设计一种弹性元件参与、上颌附着点还原准确、运动模式吻合、颞下颌关节结构接触合理的咀嚼机器人，对于进一步提升仿生性具有重要的现实意义。

发明内容

本发明针对现有仿生咀嚼机器人存在的问题，通过气动肌肉、绳索、弹性颞下颌关节相结合的驱动方式，提出了一种咀嚼肌群与颞下颌关节双仿生的咀嚼机器人。本发明能够还原咀嚼肌肉弹性、伸缩运动模式、上下附着点位置以及颞下颌关节的弹性接触与冗余驱动特性。新型的驱动方式使得仿生咀嚼机器人具备了人体口颌系统驱动的生物学优势，更有利于咀嚼机器人形成准确的咀嚼轨迹和咬合力。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种咀嚼肌群和颞下颌关节双仿生的咀嚼机器人，包括主体支架1、上颌结构2、下颌结构3、六条左右对称并联分布的驱动支链4和气动控制系统5。所述主体支架1作为驱动支链 4和上颌结构2的基础支撑，上颌结构2和下颌结构3连接；驱动支链4为串联的气动肌肉与绳索组成。气动控制系统5为驱动支链4提供可控的动力源。

所述主体支架1包括底部水平支撑板101、竖向支撑板102和顶部水平支撑板103。所述顶部水平支撑板103与上颌结构2的顶板204连接，竖向支撑板102与驱动支链4连接。底板水平支撑板101与试验台进行固定。

所述上颌结构2包括上颌牙模安装板201、上颌左侧板202、上颌右侧板203、上颌顶板 204、咀嚼肌肉楔形块、换向轮208、颞骨关节窝结构209，其中咀嚼肌肉楔形块包括咬肌楔形块205、颞肌楔形块206、翼外肌楔形块207。所述上颌顶板204与上颌左右侧板202、203连接。上颌左右侧板202、203的侧面与咀嚼肌肉楔形块固定连接，底面与颞骨关节窝结构209连接。所述咀嚼肌肉楔形块，仿照真实咀嚼肌群下颌附着点位置确定楔形块安装位置，具体咬肌楔形块205位于侧板前端中段，颞肌楔形块206位于侧板后端中段，翼外肌楔形块207位于侧板中部下段。咀嚼肌肉楔形块与换向轮208连接，为其提供支撑。所述上颌牙模安装板201用于与不同类型的仿真牙模连接，如机器人用于义齿测试时，则使用粘接有修复义齿的仿真牙模。

所述下颌结构3包括下颌牙模安装板301、下颌底板302、咀嚼肌肉连接基座、髁杆306、髁杆弹性基座307和弹性元件308，其中，咀嚼肌肉连接基座包括咬肌连接基座303、颞肌连接基座304、翼外肌连接基座305。所述咀嚼肌肉连接基座与相应驱动支链4的绳索402一端连接。所述髁杆306上部为球体、中部为连接杆、下部为导向轴，安装在髁杆弹性基座307 上，靠近咬肌连接基座303。所述髁杆弹性基座307与下颌底板302固定连接，导向轴与髁杆弹性基座307之间为轴孔连接，导向轴上端面与髁杆弹性基座307内部上端面设置弹性元件，导向轴下端面与髁杆弹性基座307内部下端面设置弹性元件308。所述下颌牙模安装板 301固定于下颌底板302上。所述咀嚼肌肉连接基座对称安装在下颌底板302的两个侧面中，其中咬肌连接基座303、翼外肌连接基座305、颞肌连接基座304从后往前依次放置，颞肌连接基座304临近下颌牙模安装板301。此处，弹性元件308为压缩弹簧。

所述驱动支链4由水平的气动肌肉401和变向的绳索402组成，构成绳索气动肌肉。各气动肌肉401的安装端与支架竖向支撑板102连接，膨胀端与绳索402一端固连，绳索402的另一端与下颌咀嚼肌肉连接基座固连，中段绕过上颌换向轮208。驱动支链合计六组，分别为右侧咬肌驱动支链、左侧咬肌驱动支链、右侧颞肌驱动支链、左侧颞肌驱动支链、右侧翼外肌驱动支链、左侧翼外肌驱动支链。

所述气动控制系统5包括上位机501、运动控制器502、气压传感器503、比例阀504、过滤器505、减压阀506、冷干机507、气罐508、静音空压机509、拉线式位置传感器510。所述气动控制系统5的气路由气动肌肉401、气压传感器503气路部分、比例阀504气路部分、过滤器505、减压阀506、冷干机507、气罐508、静音空压机509依次进行连接，实现气路连通。所述气动控制系统5的控制电路包括上位机501、运动控制器502、用作控制气路流量的比例阀504电路部分、拉线式位置传感器510和用作检测气路压力的气压传感器503 电路部分。所述拉线式位置传感器510的安装端固定在竖向支撑板102上，拉线端与气动肌肉401的膨胀端固连，且拉线方向和气动肌肉401轴线对准。所述运动控制器502的模拟量输入卡接口与拉线式位置传感器510和气压传感器503的模拟量信号输出端连接，模拟量输出卡接口与比例阀504的模拟量信号输入端连接。运动控制器502与上位机501之间存在数据交换，如运动程序下载。

所述的上颌结构2和下颌结构3两者之间存在两种连接关系，一种是弹性颞下颌关节的滑道-球体接触，具体为由上颌结构2中颞骨关节窝结构209的中部滑道与下颌结构3中髁杆 306的顶部球体之间形成的两个点接触高副；另一种是由驱动支链的绳索连接，具体为由上颌结构2中换向轮208与下颌结构3中咀嚼肌肉连接基座之间通过绳索402形成的连接。

所述咀嚼机器人动作过程：利用上位机501实现下颌结构3期望位姿的逆运动学计算，得到各气动肌肉401期望伸缩量，并下载至运动控制器502。运动控制器502将伸缩量对应控制模拟信号输出至比例阀504电接口，实现气动肌肉401的主动伸缩。进而拉动驱动支链绳索402，绳索402绕过换向轮208带动下颌咀嚼肌肉连接基座，最终六条驱动支链共同驱动下颌结构3运动。同时髁杆306在髁杆弹性基座307内滑动，并在弹性元件308的作用下与颞骨关节窝结构209始终保持接触。同时，拉线式位置传感器510的实际位置信息作为反馈信号采集至运动控制器502，根据位置误差，利用控制算法实现伸缩量闭环控制。另一方面，利用上位机501对动力学模型进行反算，得到绳索402的期望张力信息(即气动肌肉401 气压信息)。利用气压传感器503的实际气压信息进一步利用运动控制器502实现闭环力控制。

本发明的效果和益处是：

1)本发明采用绳索和气动肌肉串联的方式构造一体化的绳索气动肌肉作为弹性驱动支链。其中气动肌肉的橡胶管实现对单条咀嚼肌肉弹性、伸缩运动模式的仿生；绳索和索轮的引入使得结构能够将气动肌肉产品的长度约束转移出颅骨结构空间，实现咀嚼肌肉上下附着点位置的还原，保证下颌结构作用力线与真实受力相一致。

2)本发明将并联特征与绳索气动肌肉相结合，具体使用六条并联的绳索气动肌肉分别模拟对咀嚼运动起主要作用的左右侧咬肌、颞肌和翼外肌，实现对咀嚼肌群左右侧分布特征的仿生。此时的机构在继承并联型式的机构响应速度快、承载能力大的特点基础上，利用气动肌肉的弹性特点克服驱动链运动不同步引发的振动和冲击，同时降低装配精度要求。驱动链数量为六则保证下颌运动具备六自由度运动能力。

3)本发明仿照颞下颌关节内髁突与关节面弹性接触的解剖结构特点设计弹性颞下颌关节结构。球体-滑道结构的点接触高副使得咀嚼机器人在弹性元件处于极限状态时，仍维持严格的冗余驱动特性，而在处于非极限状态时，恢复六自由度的特点，呈现口腔生物力学中“近似四自由度”运动特点。髁杆弹性基座一侧弹性元件作用与关节盘作用相似，提供稳定的挤压力；另一侧弹性元件作用与关节韧带作用相似，提供稳定的抗脱位力。双弹性元件与滑道-髁球的双刚性约束相匹配，能够保证球体与滑道之间不会发生卡死。此外，引入的弹性元件使得咀嚼机器人整体呈现出并联弹性驱动的特点，该类机构特点在于能够通过设置弹性参数，实现对于关节尖峰载荷的消除以及驱动功率的优化。

4)本发明采用一系列的拉线式位置传感器与气压传感器模拟咀嚼肌群的本体感受器，其中，拉线式位置传感器模拟咀嚼肌肉中肌梭感受肌肉长度变化的能力，气压传感器模拟出梭外肌腱器官感受张力的能力。通过传感器实现位置信息与力信息的反馈，使得咀嚼机器人具备咀嚼轨迹控制和咬合力的闭环控制能力。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的支架结构示意图；

图3是本发明的上颌结构示意图；

图4是本发明的下颌结构示意图；

图5是本发明的左侧驱动支链结构示意图；

图6是本发明的弹性颞下颌关节结构示意图；

图7是本发明的控制系统示意图；

图中：1主体支架，2上颌结构，3下颌结构，4驱动支链，5气动控制系统；

101底部水平支撑板，102竖向支撑板，103顶部水平支撑板；201上颌牙模安装板，202 上颌左侧板，203上颌右侧板，204上颌顶板；205咬肌楔形块，206颞肌楔形块，207翼外肌楔形块；208换向轮；209颞骨关节窝结构；301下颌牙模安装板，302下颌底板，303咬肌连接基座，304颞肌连接基座，305翼外肌连接基座，306髁杆，307髁杆弹性基座，308 弹性元件；401气动肌肉，402绳索；501上位机，502运动控制器，503气压传感器，504比例阀，505过滤器，506减压阀，507冷干机，508气罐，509静音空压机，510拉线式位置传感器。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

如图1-7所示，本发明所述一种咀嚼肌群和颞下颌关节双仿生的咀嚼机器人由主体支架 1、上颌结构2、下颌结构3、六条左右对称并联分布的驱动支链4和气动控制系统5组成。主体支架1作为驱动支链4和上颌结构2的静态基座支撑。上颌结构2和下颌结构3两者之间存在两种连接关系，包括弹性颞下颌关节的滑道-球体接触以及驱动支链的绳索连接。驱动支链4为串联的气动肌肉与绳索组成。气动控制系统5为驱动支链4提供可控的动力源。

主体支架1由底部水平支撑板101、竖向支撑板102和顶部水平支撑板3通过螺栓连接组成。顶部水平支撑板103与上颌结构2的顶板204螺栓连接，竖向支撑板101与驱动支链4相连接。底板水平支撑板101开孔与试验台进行固定。

上颌结构2由上颌牙模安装板201、上颌左侧板202、上颌右侧板203、上颌顶板204、咬肌楔形块205、颞肌楔形块206、翼外肌楔形块207、换向轮208、颞骨关节窝结构209组成。上颌顶板204与上颌左右侧板202-203之间使用螺钉连接。上颌左右侧板202、203的侧面与咀嚼肌肉楔形块螺钉连接，底面与颞骨关节窝结构209螺钉连接。咀嚼肌肉楔形块，仿照真实咀嚼肌群下颌附着点位置确定楔形块安装位置，具体咬肌楔形块205位于侧板前端中段，颞肌楔形块206位于侧板后端中段，翼外肌楔形块207位于侧板中部下段。咀嚼肌肉楔形块与换向轮208连接，为其提供支撑。上颌牙模安装板201用于与不同类型的仿真牙模连接，如机器人用于义齿测试时，则使用有粘接有修复义齿的仿真牙模。

下颌结构3由下颌牙模安装板301、下颌底板302、咬肌连接基座303、颞肌连接基座304、翼外肌连接基座305、髁杆306、髁杆弹性基座307和弹性元件308组成。其中，咀嚼肌肉连接基座303-305与相应驱动支链4的绳索402连接。髁杆306上部为球体、中部为连接杆、下部为导向轴。髁杆弹性基座307与下颌底板302固定连接。导向轴与髁杆弹性基座307之间为轴孔连接，导向轴上端面与髁杆弹性基座307内部上端面、导向轴下端面与髁杆弹性基座307内部下端面分别设置弹性元件308。下颌牙模安装板301固定于下颌底板302上。咀嚼肌肉连接基座对称安装在下颌底板302的两个侧面中，其中咬肌连接基座303、翼外肌连接基座305、颞肌连接基座304从后往前依次放置，颞肌连接基座304临近下颌牙模安装板 301。此处，弹性元件308为压缩弹簧。

驱动支链4由水平的气动肌肉401和变向的绳索402组成绳索气动肌肉。各驱动支链气动肌肉401的安装端与支架竖向支撑板102螺栓连接，膨胀端与绳索402一端固连。绳索402 的另一端与下颌连接基座303-305固连，中段绕过上颌换向轮208。驱动支链合计六组，分别为右侧咬肌驱动支链、左侧咬肌驱动支链、右侧颞肌驱动支链、左侧颞肌驱动支链、右侧翼外肌驱动支链、左侧翼外肌驱动支链。

上颌结构2与下颌结构3之间存在两种连接关系。一种是弹性颞下颌关节的滑道-球体接触，具体为由上颌结构2中颞骨关节窝结构209的中部滑道与下颌结构3中髁杆306的顶部球体之间形成的两个点接触高副；另一种是由驱动支链的绳索连接，具体为由上颌结构2中换向轮208与下颌结构3中咀嚼肌肉连接基座之间通过驱动支链4中绳索402形成的连接。

所述气动控制系统5包括上位机501、运动控制器502、气压传感器503、比例阀504、过滤器505、减压阀506、冷干机507、气罐508、静音空压机509、拉线式位置传感器510。气动控制系统5的气路由气动肌肉401、气压传感器503气路部分、比例阀504气路部分、过滤器505、减压阀506、冷干机507、气罐508、静音空压机509组成，并依次进行连接，实现气路连通。气动控制系统5的控制电路包括上位机501、运动控制器502、用作控制气路流量的比例阀504电路部分、拉线式位置传感器510和用作检测气路压力的气压传感器503 电路部分。拉线式位置传感器510的安装端通过螺钉固定在竖向支撑板102上，拉线端与气动肌肉401的膨胀端固连，且拉线方向和气动肌肉401轴线对准。运动控制器502的模拟量输入卡接口与拉线式位置传感器510和气压传感器503的模拟量信号输出端连接，模拟量输出卡接口与比例阀504的模拟量信号输入端连接。此外，运动控制器502与上位机501进行数据交换，如运动程序的下载。

本发明的具体动作过程：

利用上位机501实现下颌结构3期望位姿的逆运动学计算，得到各气动肌肉401期望伸缩量，并下载至运动控制器502。运动控制器502将伸缩量对应控制电压模拟信号输出至比例阀504电接口，实现气动肌肉401的主动伸缩。进而拉动驱动支链绳索402，绳索402绕过换向轮208带动下颌肌肉连接基座303-305，最终六条驱动支链共同驱动下颌结构3运动。此时，气动肌肉401的橡胶管实现对单条咀嚼肌肉弹性、伸缩运动模式的仿生。绳索402和换向轮208实现咀嚼肌肉上下附着点位置的还原，保证下颌结构作用力线与真实受力相一致。此时的机构在继承并联型式的机构响应速度快、承载能力大的特点基础上，利用气动肌肉的弹性克服驱动链运动不同步引发的振动和冲击，同时降低装配精度要求。驱动链数量为六保证下颌运动具备六自由度运动能力。

同时髁杆306在髁杆弹性基座307内滑动，并在压缩弹簧308的作用下与颞骨关节窝结构209始终保持接触。球体-滑道结构的点接触高副使得咀嚼机器人在弹性元件处于极限状态时，仍维持严格的冗余驱动特性，而在处于非极限状态时，恢复六自由度的特点，呈现口腔生物力学中“近似四自由度”运动特点。下方压缩弹簧作用与关节盘作用相似，提供稳定的挤压力；上方压缩弹簧作用与关节韧带作用相似，提供稳定的抗脱位力。双压缩弹簧与滑道- 髁球的双刚性约束相匹配，能够保证球体与滑道之间不会发生卡死。此外，引入的压缩弹簧使得咀嚼机器人整体呈现出并联弹性驱动的特点，该类机构特点在于能够通过设置弹簧刚度参数，实现对于关节尖峰载荷的消除以及驱动功率的优化。

同时，拉线式位置传感器510的实际位置信息作为反馈信号采集至运动控制器502，根据位置误差，利用PID算法实现伸缩量闭环控制。另一方面，利用上位机501对动力学模型进行反算，得到绳索402的期望张力信息(即期望气动肌肉401气压信息)。利用气压传感器 503的实际气压信息可以进一步利用运动控制器502实现闭环力控制。拉线式位置传感器510 模拟咀嚼肌肉中肌梭感受肌肉长度变化的能力，气压传感器503模拟出梭外肌腱器官感受张力的能力。通过传感器实现位置信息与力信息的反馈，使得咀嚼机器人具备咀嚼轨迹和咬合力的闭环控制能力。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种咀嚼肌群和颞下颌关节双仿生的咀嚼机器人，其特征在于，所述的咀嚼机器人包括主体支架(1)、上颌结构(2)、下颌结构(3)、六条并联分布的驱动支链(4)和气动控制系统(5)，其中，在上颌结构(2)的左右两侧各设有三条驱动支链(4)，左右两侧的驱动支链(4)对称分布；所述主体支架(1)作为驱动支链(4)和上颌结构(2)的基础支撑，上颌结构(2)和下颌结构(3)连接，气动控制系统(5)为驱动支链(4)提供动力源；

所述主体支架(1)包括底部水平支撑板(101)、竖向支撑板(102)和顶部水平支撑板(103)；所述顶部水平支撑板(103)与上颌结构(2)的上颌顶板(204)连接，竖向支撑板(102)与驱动支链(4)连接；底板水平支撑板(101)与试验台进行固定；

所述上颌结构(2)包括上颌牙模安装板(201)、上颌左侧板(202)、上颌右侧板(203)、上颌顶板(204)、咀嚼肌肉楔形块、换向轮(208)、颞骨关节窝结构(209)；所述上颌牙模安装板(201)用于与不同类型的仿真牙模连接；所述上颌顶板(204)与上颌左、右侧板(202)、(203)连接，上颌左、右侧板(202)、(203)的侧面与咀嚼肌肉楔形块固定连接，底面与颞骨关节窝结构(209)连接；所述的咀嚼肌肉楔形块包括咬肌楔形块(205)、颞肌楔形块(206)、翼外肌楔形块(207)，咬肌楔形块(205)位于上颌左侧板和上颌右侧板前端中段，颞肌楔形块(206)位于上颌左侧板和上颌右侧板后端中段，翼外肌楔形块(207)位于上颌左侧板和上颌右侧板中部下段；咀嚼肌肉楔形块与换向轮(208)连接，为其提供支撑；

所述下颌结构(3)包括下颌牙模安装板(301)、下颌底板(302)、咀嚼肌肉连接基座、髁杆(306)、髁杆弹性基座(307)和弹性元件(308)；所述咀嚼肌肉连接基座与相应驱动支链(4)的绳索(402)一端连接；所述髁杆(306)上部为球体、中部为连接杆、下部为导向轴，安装在髁杆弹性基座(307)上，靠近咬肌连接基座(303)；所述髁杆弹性基座(307)与下颌底板(302)固定连接，导向轴与髁杆弹性基座(307)之间为轴孔连接，导向轴上端面与髁杆弹性基座(307)内部上端面设置弹性元件，导向轴下端面与髁杆弹性基座(307)内部下端面设置弹性元件(308)；所述下颌牙模安装板(301)固定于下颌底板(302)上；所述咀嚼肌肉连接基座包括咬肌连接基座(303)、颞肌连接基座(304)、翼外肌连接基座(305)，咀嚼肌肉连接基座对称安装在下颌底板(302)的两个侧面中，其中咬肌连接基座(303)、翼外肌连接基座(305)、颞肌连接基座(304)从后往前依次放置，颞肌连接基座(304)临近下颌牙模安装板(301)；

所述驱动支链(4)由水平的气动肌肉(401)和变向的绳索(402)组成，构成绳索气动肌肉；各气动肌肉(401)的安装端与支架竖向支撑板(102)连接，膨胀端与绳索(402)一端固连，绳索(402)的另一端与下颌咀嚼肌肉连接基座固连，中段绕过上颌换向轮(208)；驱动支链(4)合计六组，分别为右侧咬肌驱动支链、左侧咬肌驱动支链、右侧颞肌驱动支链、左侧颞肌驱动支链、右侧翼外肌驱动支链、左侧翼外肌驱动支链；

所述气动控制系统(5)包括上位机(501)、运动控制器(502)、气压传感器(503)、比例阀(504)、过滤器(505)、减压阀(506)、冷干机(507)、气罐(508)、静音空压机(509)、拉线式位置传感器(510)；所述气动控制系统(5)的气路由气动肌肉(401)、气压传感器(503)气路部分、比例阀(504)气路部分、过滤器(505)、减压阀(506)、冷干机(507)、气罐(508)、静音空压机(509)依次进行连接，实现气路连通；所述气动控制系统(5)的控制电路包括上位机(501)、运动控制器(502)、用作控制气路流量的比例阀(504)电路部分、拉线式位置传感器(510)和用作检测气路压力的气压传感器(503)电路部分；所述拉线式位置传感器(510)的安装端固定在竖向支撑板(102)上，拉线端与气动肌肉(401)的膨胀端固连，且拉线方向和气动肌肉(401)轴线对准；所述运动控制器(502)的模拟量输入卡接口与拉线式位置传感器(510)和气压传感器(503)的模拟量信号输出端连接，模拟量输出卡接口与比例阀(504)的模拟量信号输入端连接；运动控制器(502)与上位机(501)之间存在数据交换。

2.根据权利要求1所述的一种咀嚼肌群和颞下颌关节双仿生的咀嚼机器人，其特征在于，所述的上颌结构(2)和下颌结构(3)两者之间存在两种连接关系，一种是弹性颞下颌关节的滑道-球体接触，具体为由上颌结构(2)中颞骨关节窝结构(209)的中部滑道与下颌结构(3)中髁杆(306)的顶部球体之间形成的两个点接触高副；另一种是由驱动支链的绳索连接，具体为由上颌结构(2)中换向轮(208)与下颌结构(3)中咀嚼肌肉连接基座之间通过绳索(402)形成的连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种咀嚼肌群和颞下颌关节双仿生的咀嚼机器人，其特征在于，所述的弹性元件(308)为压缩弹簧。

4.一种根据权利要求1-3任一所述的一种咀嚼肌群和颞下颌关节双仿生的咀嚼机器人的动作过程，其特征在于，利用上位机(501)实现下颌结构(3)期望位姿的逆运动学计算，得到各气动肌肉(401)期望伸缩量，并下载至运动控制器(502)；运动控制器(502)将伸缩量对应控制模拟信号输出至比例阀(504)电接口，实现气动肌肉(401)的主动伸缩；进而拉动驱动支链绳索(402)，绳索(402)绕过换向轮(208)带动下颌咀嚼肌肉连接基座，最终六条驱动支链共同驱动下颌结构(3)运动；同时髁杆(306)在髁杆弹性基座(307)内滑动，并在弹性元件(308)的作用下与颞骨关节窝结构(209)始终保持接触；同时，拉线式位置传感器(510)的实际位置信息作为反馈信号采集至运动控制器(502)，根据位置误差，利用控制算法实现伸缩量闭环控制；另一方面，利用上位机(501)对动力学模型进行反算，得到绳索(402)的期望张力信息；利用气压传感器(503)的实际气压信息进一步利用运动控制器(502)实现闭环力控制。

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