專利名稱：一種仿下頜運動機器人的制作方法
技術領域：
本發明屬于仿生機器人技術領域，涉及一種仿下頜運動機器人。
背景技術：
仿下頜運動機器人的研究始于20世紀90年代初期，是一類可以模擬人類下頜運動行為，再現人類下頜運動和力的機器人。它是集機構學、運動學、動力學、感知系統、運動控制、生物力學及機械電子學等多項技術于一體的工程科學，可直接應用于牙科學、食品科學、生物力學等學科研究領域。國內在仿下頜運動機器人領域的研究很少，本專利申請者曾提出一種擬人化的柔索驅動冗余并聯咀嚼機器人，該機構采用柔索驅動，具有較好的柔順性。國外研究開展的較早，在機構設計、關節驅動、運動學分析與控制等領域取得了一些研究成果，但在機構的仿生性方面存在不足。美國專利US6120290公開了一種下頜運動模擬器，該機構包括六條運動支鏈，支鏈下端與固定平臺上的電機相連，上端與末端執行器(下頜平臺)相連，通過電機轉動實現下頜平臺的運動，由于該機構的支鏈與固定平臺和下頜平臺的連接點在一個平面上，沒有考慮人類下頜系統肌肉的生物力學特性，不能真實仿生下頜的運動學功能。目前的仿下頜運動機器人大部分只考慮了上下頜運動，沒有考慮下頜系統驅動肌肉的生物力學特征，只能實現部分咀嚼功能，以致不能全面真實地再現下頜運動功能和咀嚼環境，無法準確地模擬人類下頜系統的生物力學特征。
發明內容
本發明針對人類下頜系統驅動肌肉存在分布不對稱、作用力方向不同以及與上下頜的連接點不共面的生物力學特性，基于機械仿生原理，提出一種基于6-PSS并聯機構的仿下頜運動機器人。與同類機器人相比較，該機器人可真實再現人類下頜運動功能和咀嚼環境，滿足運動軌跡真實性和咬合力度合理性要求，解決仿生性不高的問題。本發明的技術方案是該仿下頜運動機器人包括靜平臺、六個驅動裝置、六條運動支鏈和下頜平臺。所述靜平臺，包括電機支撐板、上平臺支撐板、下平臺支撐板、定長桿。六根定長桿根據驅動肌肉與上頜連接點位置分布，定長桿兩端分別與上平臺支撐板和下平臺支撐板采用內六角螺釘固定連接，電機支撐板上有螺紋孔，與上平臺支撐板連接，靜平臺用于支撐和承載整個機器人的重量。所述六個驅動裝置，包括電機、聯軸器、滾珠絲杠、絲杠螺母、關節連接塊、工作臺、墊塊、滑塊、導軌、圓錐滾子軸承和軸承座。電機固定在電機支撐板上，并通過聯軸器與絲杠連接；滾珠絲杠的下軸頭通過兩個圓錐滾子軸承和絲杠下軸頭螺母與絲杠軸承座固定連接，絲杠軸承座通過螺釘固定在靜平臺的定長桿上；絲杠螺母與工作臺通過內六角螺釘固定連接，工作臺通過墊塊與導軌上的滑塊固定連 接，導軌固定連接在定長桿上；工作臺上的關節連接塊與運動支鏈的球面軸承的柄軸固定連接，電機驅動運動支鏈實現下頜平臺的運動。所述六條運動支鏈，包括關節軸承、導向軸、連接板、連桿。所述關節軸承，包括固定座和柄軸。運動支鏈與驅動裝置連接端由兩個關節軸承分別與兩個導向軸螺紋連接，兩個導向軸之間采用連接板通過螺紋結構連接，連接板中心有螺紋孔，用于與連桿的連接；所述連桿，上端與連接板中心孔螺紋連接，下端與關節軸承螺紋連接。運動支鏈與下頜平臺連接端通過關節軸承的柄軸與下頜關節連接塊螺紋連接。 所述下頜平臺，包括下頜關節連接塊和下頜機構。所述下頜機構，代表機器人的下頜運動平臺；所述下頜關節連接塊，是連接運動支鏈與關節軸承柄軸的部件，通過螺紋結構安裝在下頜機構上。將六個驅動裝置和六條運動支鏈通過相同的方式組裝，共同連接機器人的靜平臺和下頜平臺，完成仿下頜運動機器人的組裝。 本發明的效果和益處是I、本發明設計思想來源于人類下頜肌肉驅動系統的原型，運動支鏈作用力方向以及與上、下頜連接點位置與下頜肌肉的生物力學特征相一致，可真實再現人類下頜運動軌跡。2、本發明提出的6-PSS仿下頜并聯機構，其運動支鏈對下頜的作用力在肌肉力作用線方向上，作用點位于肌肉在下頜的連接點上，機構設計仿生程度更高。3、本發明綜合考慮高仿生性和機構設計可行性要求，推導出機構中各支鏈與上下頜機構的連接作用點以及支鏈桿長，機構具有良好的運動性能。4、本發明針對下頜系統結構空間較小的特點，將驅動裝置安裝在固定平臺上，整體機構相對簡單，機構運動支鏈具有良好的動態特性。
圖I是本發明的結構示意圖。圖2是本發明的側視圖。圖3是本發明的靜平臺結構圖。圖4是本發明的驅動裝置結構圖。圖5是本發明的運動支鏈結構圖。圖6是本發明的下頜平臺結構圖。圖中1靜平臺；11驅動裝置；III運動支鏈；IV下頜平臺；1電機支撐板；2定長桿；3上平臺支撐板；4下平臺支撐板；5電機；6聯軸器；7絲杠；8絲杠螺母；9關節連接塊；10工作臺；11墊塊；12滑塊；13導軌；14圓錐滾子軸承；15絲杠軸承座；16關節軸承；17導向軸；18連接板；19連桿；20下頜關節連接塊；21下頜機構。
具體實施例方式下面結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施例。該仿下頜運動機器人包括靜平臺、驅動裝置、運動支鏈和下頜平臺，采用伺服驅動實現下頜張開、閉合、咬合的運動。本發明的具體動作過程
根據要實現的下頜運動，電機5將轉動通過聯軸器6傳給絲杠7，絲杠7帶動絲杠螺母8運動，轉化為絲杠螺母8的直線運動，工作臺10固定在絲杠螺母8上，實現了工作臺10在導軌13上作直線運動。運動支鏈III的兩端分別與固定在工作臺10上的關節連接塊9和下頜平臺IV上的下頜關節連接塊20通過螺紋連接，從而將六個工作臺10沿導軌13的在垂直方向的直線運動轉化為下頜機構21在三維空間內的運動。本發明的具體安裝過程 靜平臺I安裝靜平臺I上設有安裝孔，通過螺栓將下平臺支撐板4與地面固定，用于固定導軌13的定長桿2兩端分別與上平臺支撐板3和下平臺支撐板4采用內六角螺釘固定連接，同時電機支撐板I使用六角螺釘與上平臺支撐板3固聯。驅動裝置II安裝電機I固定在電機支撐板I上，并通過聯軸器6與絲杠7連接。絲杠螺母8與工作臺10通過內六角螺釘固定連接，工作臺10的兩個面上留有安裝孔，分別用于和關節連接塊9、墊塊11以及絲杠螺母8的固定連接，滑塊12安裝在導軌13上，導軌13固連在定長桿2上；絲杠7的下軸頭通過兩個圓錐滾子軸承14和絲杠下軸頭螺母與絲杠軸承座15安裝連接，將絲杠軸承座15固定在定長桿2上。運動支鏈III安裝連接板18上留有三個螺紋孔，分別用于安裝兩根導向軸17和連桿19 ;導向軸17和連桿19的另一端分別安裝關節軸承16。下頜平臺IV安裝下頜機構21上留有六個螺紋孔，分別將六個下頜關節連接塊20安裝于此六個螺紋孔內。將六個驅動裝置II和六條運動支鏈III以相同方式組裝，并通過關節軸承16與靜平臺I和下頜平臺IV相連，完成仿下頜運動機器人的組裝。
權利要求
1.一種仿下頜運動機器人，包括靜平臺(I)、驅動裝置(II)、運動支鏈(III)和下頜平臺(IV);其特征在于 靜平臺(I)是并聯機器人的固定平臺，包括電機支撐板(I)、上平臺支撐板(3)、下平臺支撐板(4)、定長桿(2);六根定長桿(2)根據驅動肌肉與上頜連接點位置分布，定長桿(2)兩端分別與上平臺支撐板(3)和下平臺支撐板(4)采用內六角螺釘固定連接，電機支撐板(I)上有螺紋孔，與上平臺支撐板(3)連接，靜平臺(I)用于支撐和承載整個機器人的重量; 六個驅動裝置(II)包括電機(5)、聯軸器￠)、滾珠絲杠(7)、絲杠螺母(8)、關節連接塊(9)、工作臺(10)、墊塊(11)、滑塊(12)、導軌(13)、圓錐滾子軸承(14)和絲杠軸承座(15);電機(5)固定在電機支撐板⑴上，通過聯軸器(6)與絲杠(7)連接；絲杠(7)的下軸頭通過兩個圓錐滾子軸承(14)和絲杠(7)下軸頭螺母與絲杠軸承座(14)固定連接，絲杠軸承座(14)通過螺釘固定在定長桿(2)上；絲杠螺母(8)與工作臺(10)通過內六角螺釘固定連接，工作臺(10)通過墊塊(11)與滑塊(12)固定連接，導軌(13)固定連接在定長桿⑵上；工作臺(10)上的關節連接塊(9) 與運動支鏈(III)的球面軸承(16)固定連接，電機(5)驅動運動支鏈(III)實現下頜機構(21)的運動； 六條運動支鏈(III)包括關節軸承(16)、導向軸(17)、連接板(18)、連桿(19);運動支鏈(III)與驅動裝置(II)的連接端由兩個關節軸承(16)分別與兩個導向軸(17)螺紋連接，兩個導向軸(17)之間采用連接板(18)螺紋連接，連接板(18)中心有螺紋孔，用于與連桿(19)的連接，連桿(19)上端與連接板(18)中心孔螺紋連接，下端與關節軸承(16)螺紋連接，運動支鏈(III)根據下頜驅動肌肉的生物力學特性布置，帶動下頜機構在三維空間內的運動； 下頜平臺(IV)包括下頜關節連接塊(20)和下頜機構(21);下頜關節連接塊(20)通過螺紋結構安裝在下頜機構上，并將運動支鏈(III)與下頜機構(21)的連接在一起，實現下頜機構(21)的運動。
全文摘要
本發明公開了一種仿下頜運動機器人，屬于仿生機器人技術領域，可為牙科學、食品科學、生物力學的研究提供科學手段。該仿下頜運動機器人包括靜平臺、六個驅動裝置、六條運動支鏈和下頜平臺。驅動裝置由電機和滾珠絲杠副傳動系統組成，驅動六條運動支鏈實現下頜平臺在三維空間內的運動。本發明綜合考慮了人體下頜系統尺寸參數和下頜肌肉驅動系統生物力學特性，可真實再現人類下頜運動功能和咀嚼環境，滿足運動軌跡真實性和咬合力度合理性要求。
文檔編號A61C19/045GK102626348SQ20121011618
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月19日 優先權日2012年4月19日
發明者叢明, 劉同占, 徐衛良, 杜婧, 溫海營 申請人:大連理工大學